專(zhuān)利名稱(chēng)：油溶性二氧化鈦納米棒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種胺解法合成油溶性TiO2半導(dǎo)體納米棒的制備方法。
背景技術(shù)：
因?yàn)楠?dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，納米材料的研究一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著上世紀(jì)九十年代碳納米管的發(fā)現(xiàn)和迅速發(fā)展，以納米線、納米棒和納米管為代表的低維納米結(jié)構(gòu)材料的研究引起了廣泛的重視。它們?cè)诩{米器件、光催化劑和多孔結(jié)構(gòu)中作為量子線的應(yīng)用前景備受關(guān)注。對(duì)于一維納米結(jié)構(gòu)材料，它們的電學(xué)和光學(xué)特性變化主要依賴(lài)于其尺寸和形狀的調(diào)控，因此與之相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性和技術(shù)性研究正在逐步展開(kāi)。
眾所周知，二氧化鈦是一種重要的無(wú)機(jī)功能材料。目前，二氧化鈦納米顆粒和納米薄膜材料的研究進(jìn)行地比較深入和系統(tǒng)，而且在太陽(yáng)能的存儲(chǔ)與利用、光電轉(zhuǎn)換、光致變色及光催化降解大氣和水中污染物等應(yīng)用方面也已經(jīng)取得了許多重要的研究成果。相比較而言，關(guān)于二氧化鈦一維納米結(jié)構(gòu)材料的研究和報(bào)道還比較少，但是在許多方面二氧化鈦棒狀納米晶都體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，納米棒的比表面積要比納米球的大得多，對(duì)于一些表面反應(yīng)它可以保證高密度的反應(yīng)點(diǎn)以及界面電荷的高轉(zhuǎn)移率。其次，在納米棒中電子的離域能力增強(qiáng)，也就是說(shuō)它們可以在整個(gè)晶體中自由移動(dòng)，從而降低了電子和空穴的復(fù)合概率，這樣就可以部分地補(bǔ)償由于表面缺陷存在引起的電子-空穴復(fù)合問(wèn)題，確保更加有效的電荷分離。再者，如果采用由取向可控的一維無(wú)機(jī)電子輸導(dǎo)物質(zhì)構(gòu)成的致密薄膜作為光電器件的話，因?yàn)閷?dǎo)電通道變得相對(duì)較短，就很可能會(huì)進(jìn)一步提高電荷運(yùn)輸率。二氧化鈦棒形納米晶的研究略顯薄弱，主要原因在于一維納米材料制備的問(wèn)題。當(dāng)前，二氧化鈦一維納米晶的合成方法主要是溶膠-凝膠模板法(Matsui，K.；Kyotani，T.；Tomita，A.AdV.Mater.2002，14，1216)、膠束法(Yada，M.；Mihara，M.；Mouri，M.；Kuroki，M.；Kijima，T.AdV.Mater.2002，14，309)以及水熱法(Gui，Z.；Fan，R.；Mo，W.；Chen，X.；Yang，L.；Zhang，S.；Hu，Y.；Wang，Z.；Fan，W.Chem.Mater.2002，14，5053)。但是這些方法所得的一維納米材料都是不可溶的，而且有些方法存在著過(guò)程復(fù)雜、產(chǎn)率低等其他一些問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種合成具有油溶性，單分散，棒徑小，長(zhǎng)徑比均勻的二氧化鈦納米棒粉體的低成本、高產(chǎn)率制備方法。
本發(fā)明通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明借鑒溶膠凝膠法模板法的反應(yīng)機(jī)理，采用有機(jī)胺混合溶液作為反應(yīng)體系介質(zhì)合成了油溶性的棒形二氧化鈦納米晶。該發(fā)明的最大特點(diǎn)首先是以軟模板(伯胺鹽，由伯胺與四氯化鈦水解產(chǎn)生的氯化氫反應(yīng)生成)取代了硬模板，大大地簡(jiǎn)化了反應(yīng)過(guò)程；其次是反應(yīng)介質(zhì)中含有活性官能團(tuán)(-NH2)，能夠強(qiáng)吸附在納米棒表面形成修飾層，使得棒形二氧化鈦納米晶具有油溶性，拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。此外，本發(fā)明還具有操作方便、工藝簡(jiǎn)單、高產(chǎn)率等一系列優(yōu)點(diǎn)。
一種油溶性二氧化鈦納米棒的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟a、在有機(jī)胺混合溶液中加入鈦酸酯，加熱攪拌溶解，形成淺黃色透明溶液；機(jī)胺混合溶液由辛胺、壬胺、葵胺、十一胺、十二胺、十三胺、十四胺、十五胺、十六胺、十七胺、十八胺中的一種和油胺組成；b、然后再加入鈦鹵族化合物，攪拌均勻，加熱至230～280℃下反應(yīng)40～60小時(shí)；c、反應(yīng)結(jié)束后，向反應(yīng)液中加入沉淀劑，有淺黃色沉淀析出，經(jīng)過(guò)陳化，過(guò)濾，洗滌，所得黃色粉末即為單分散的油溶性二氧化鈦納米棒。
本發(fā)明所使用的鈦酸酯的濃度為0.01～1mol/L，鈦酸酯與鈦鹵族化合物的摩爾比為1∶1～1∶5。
本發(fā)明所說(shuō)的沉淀劑指的是與反應(yīng)所使用有機(jī)溶劑相互溶的強(qiáng)極性溶劑，為丙酮、甲醇、乙睛中的一種。
本制備方法具有原料廉價(jià)易得、合成工藝簡(jiǎn)便、成本低、產(chǎn)率高等特點(diǎn)，適合規(guī)?；a(chǎn)。用本法制備出的二氧化鈦納米棒長(zhǎng)徑比基本相同，非常均勻，納米棒的長(zhǎng)度約為70納米，棒徑小于10納米；另外一個(gè)突出特點(diǎn)是其有機(jī)相容性，即以溶解的形式分散于苯、甲苯、石油醚、氯仿等非極性或弱極性溶劑中。該特性對(duì)于以后納米棒的組裝工作，或者將其作為模板，或作為潤(rùn)滑油添加劑或是其他填料方面的使用提供了極大的可能性。


圖1和圖2是十二胺為反應(yīng)體系下制備得到的二氧化鈦納米棒的透射電鏡照片和電子衍射圖譜，圖中標(biāo)尺為50納米；圖3是二氧化鈦納米棒的高分辨像，圖中標(biāo)尺為10納米。表征可知所得產(chǎn)物為縱橫比約為10、高度單分散的二氧化鈦納米棒，納米棒的直徑大約在5～7納米，結(jié)晶效果優(yōu)異。
圖4為所制備的二氧化鈦納米線的X-射線粉末衍射圖譜，晶型是銳鈦礦型的。
圖5是十六胺為反應(yīng)體系下制備得到的二氧化鈦納米棒的透射電鏡照片，圖中標(biāo)尺為50納米。
圖6是辛胺為反應(yīng)體系下制備得到的二氧化鈦納米棒的透射電鏡照片，圖中標(biāo)尺為50納米。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，通過(guò)實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。
實(shí)施例1稱(chēng)量93g十二胺加熱將其熔化成液體，然后加入13.4g油胺，攪拌均勻后向混合液中加入17g鈦酸四丁酯，攪拌溶解后再緩慢分批加入9.5g四氯化鈦，混合均勻后繼續(xù)加熱至250℃攪拌反應(yīng)48小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后將，按照體積比1∶3的比例加入適當(dāng)?shù)谋?，靜置，有大量淺黃色沉淀產(chǎn)生，過(guò)濾，所得到的淺黃色固體即為目標(biāo)產(chǎn)品。
圖1和圖2是十二胺為反應(yīng)體系下制備得到的二氧化鈦納米棒的透射電鏡照片和電子衍射圖譜，圖中標(biāo)尺為50納米；圖3是二氧化鈦納米棒的高分辨像，圖中標(biāo)尺為10納米。表征可知所得產(chǎn)物為縱橫比約為10、高度單分散的二氧化鈦納米棒，納米棒的直徑大約在5～7納米，結(jié)晶效果優(yōu)異。
圖4為所制備的二氧化鈦納米線的X-射線粉末衍射圖譜，晶型是銳鈦礦型的。
實(shí)施例2稱(chēng)量120g十六胺加熱將其熔化成液體，然后加入13.4g油胺，攪拌均勻后向混合液中加入17g鈦酸四丁酯，攪拌溶解后再緩慢分批加入9.5g四氯化鈦，混合均勻后繼續(xù)加熱至250℃攪拌反應(yīng)48小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后將，按照體積比1∶3的比例加入適當(dāng)?shù)谋?，靜置，有大量淺黃色沉淀產(chǎn)生，過(guò)濾，所得到的淺黃色固體即為目標(biāo)產(chǎn)品。
圖5是十六胺為反應(yīng)體系下制備得到的二氧化鈦納米棒的透射電鏡照片，圖中標(biāo)尺為50納米。
實(shí)施例3稱(chēng)量57g辛胺，加入13.4g油胺，攪拌均勻后向混合液中加入17g鈦酸四丁酯，攪拌溶解后再緩慢分批加入9.5g四氯化鈦，混合均勻后繼續(xù)加熱至250℃攪拌反應(yīng)48小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后將，按照體積比1∶3的比例加入適當(dāng)?shù)谋o置，有大量淺黃色沉淀產(chǎn)生，過(guò)濾，所得到的淺黃色固體即為目標(biāo)產(chǎn)品。
圖6是辛胺為反應(yīng)體系下制備得到的二氧化鈦納米棒的透射電鏡照片，圖中標(biāo)尺為50納米。
權(quán)利要求
1.一種油溶性二氧化鈦納米棒的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟a、在有機(jī)胺混合溶液中加入鈦酸酯，加熱攪拌溶解，形成淺黃色透明溶液；機(jī)胺混合溶液由辛胺、壬胺、葵胺、十一胺、十二胺、十三胺、十四胺、十五胺、十六胺、十七胺、十八胺中的一種和油胺組成；b、然后再加入鈦鹵族化合物，攪拌均勻，加熱至230～280℃下反應(yīng)40～60小時(shí)；c、反應(yīng)結(jié)束后，向反應(yīng)液中加入沉淀劑，有淺黃色沉淀析出，經(jīng)過(guò)陳化，過(guò)濾，洗滌，所得黃色粉末即為單分散的油溶性二氧化鈦納米棒。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鈦酸酯的濃度為0.01～1mol/L，鈦酸酯與鈦鹵族化合物的摩爾比為1∶1～1∶5。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于沉淀劑選自丙酮、甲醇、乙睛中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種胺解法合成油溶性二氧化鈦納米棒的制備方法。本發(fā)明借鑒溶膠凝膠法模板法的反應(yīng)機(jī)理，采用有機(jī)胺混合溶液作為反應(yīng)體系介質(zhì)合成了油溶性的棒形二氧化鈦納米晶。制備出的二氧化鈦納米棒長(zhǎng)徑比基本一致，非常均勻，納米棒的長(zhǎng)度約為70納米，棒徑為5～7納米；而且納米棒能夠分散在苯、甲苯、石油醚、氯仿等非極性或弱極性溶劑中形成透明的納米分散體系。該特性對(duì)于以后納米棒的組裝工作，或者將其作為模板，或作為潤(rùn)滑油添加劑或是其他填料方面的使用提供了極大的可能。此外，該制備方法具有原料廉價(jià)易得、合成工藝簡(jiǎn)便、成本低、產(chǎn)率高等特點(diǎn)，適合規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號(hào)C01G23/00GK1986908SQ20051013395
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者王曉波, 劉維民 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所